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Entropia

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Teoria

Fala aí! Vamos aprender sobre Entropia?

Nome esquisito, né? Mas relaxa que vai ser e boa.

Vamos começar imaginando que temos um desodorante aerossol e deixamos sair um pouco dentro da nossa casa… show?

O que vai acontecer com essas gotículas de desodorante? Elas vão se espalhar por toda casa de maneira desordenada...

E porque será que isso acontece?

Bom, as gotículas de gás poderiam permanecer no mesmo arranjo, mas ela preferem a desordem de forma que ocupem todo espaço disponível...Esse grau de desordem de um sistema é o que a gente chama de Entropia (S)!

A fórmula que nos permite calcular essa desordem é a seguinte:

S = K   .   l n   W

Esse K aí, é a constante de Boltzmann e esse W é a quantidade de microestados equivalente.

Eita! O que são esses microestados equivalente? Bom, ele está associado à posição e velocidade de cada molécula em um sistema…

Pra ficar fácil de entender vamos voltar no nosso exemplo do desodorante, lembra que o gás quando sai do frasco se dispersa por toda casa? Então, os microestados independentes do gás é o volume do recipiente que ele ocupa!

Já deu pra notar que é uma quantidade muitooo difícil de determinar em um sistema real, né?!

E é por isso que a gente tem uma outra maneira de fazer esse cálculo!

Δ S = S p r o d u t o s - S r e a g e n t e s

Esse Δ S a gente chama de variação da entropia da reação, e o mais legal é que esses valores de S já são tabelados, o que facilita na hora de resolver as questões!

Simplificando como a entropia funciona com os estados físicos, temos o seguinte:

Ah! uma observação bem importante é que a entropia do sistema tende sempre a aumentar, isso quer dizer que as moléculas preferem ficar em um estado desordenado e quanto mais melhor… Tipo nosso guarda-roupas! kkkk

Agora vamos exercitar o que acabamos aprender pra gente ficar craque nisso! Partiu!

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

UFRJ – QUÍMICA GERAL II. Profª JUSSARA L MIRANDA. Lista de exercícios 2018.1

Determine o sinal da variação entrópica do sistema para cada uma das reações abaixo:

a) 2   S O 2   ( g ) + O 2   ( g ) → 2   S O 3   ( g )  

b) B a ( O H ) 2   s → B a O ( s ) + H 2 O ( g )                                        

c) C O ( g ) + 2 H 2   ( g ) → C H 3 O H ( l )  

d) F e C l 2   ( s ) + H 2 ( g ) → F e ( s ) + 2 H C l ( g )  

Passo 1

Para a nossa anélise, é importante verificar o estado físico de cada molécula dos produtos e dos reagentes e lembrar que a entropia de gases é maior que a de líquidos que por sua vez é maior que a de sólidos.

E isso nem precisa decorar. É só você lembrar que entropia tem a ver com grau de desordem. Aí as moléculas dos gases estão mais livres que as dos líquidos, que estão mais livres que as dos sólidos. Quem tá mais livre, acaba ficando mais desorganizado.Então, em geral:

S g a s e s > S l í q u i d o s > S s ó l i d o s

Em geral, a entropia dos gases é tão superior, que só nos atentamos a eles mesmo.

Sabendo disso, vamos aos exercícios:

Passo 2

Na letra A temos que:

2   S O 2   ( g ) + O 2   ( g ) → 2   S O 3   ( g )  

Onde observamos o seguinte:

3   m o l s   d e   g a s e s   → r e a g e m   2   m o l s   d e   g a s e s

Então há uma redução da entropia, ou seja, ∆ S < 0 (final menor que inicial).

Passo 3

Na letra B há o seguinte processo:

B a ( O H ) 2 ( s ) → B a O ( s ) + H 2 O ( g )

E aqui tá rolando o seguinte:

1   m o l   d e   s ó l i d o   → r e a g e   1   m o l   d e   g á s + 1   m o l   d e   s ó l i d o

Dessa maneira há a formação de um produto com um maior nível de entropia, e por isso ∆ S > 0 .

Passo 4

Já nessa letra C, a reação que tá rolando é:

O ( g ) + 2 H 2 ( g ) → C H 3 O H ( l )

E nesse caso temos que

3   m o l s   d e   g a s e s   → r e a g e m 1   m o l   d e   l í q u i d o

De tal manira que os reagentes que têm esse monte de gás aí tem muuito mais entropia que o produto, e portanto, ∆ S < 0 .

Passo 5

A nossa última reação é:

F e C l 2 ( s ) + H 2 ( g ) → F e ( s ) + 2 H C l ( g )

Nesse último caso temos:

1   m o l   d e   s ó l i d o + 1   m o l   d e   g á s     → r e a g e m   1   m o l   d e   s ó l i d o + 2   m o l s   d e   g a s e s

Como aumentamos o número de mols de gás no nosso sistema, teremos um aumento da entropia, logo Δ S > 0 .

Resposta

a) Δ S < 0

b) Δ S > 0

c) Δ S < 0

d) Δ S > 0

Exercício Resolvido #2

Lista de termodinâmica - Universidade de São Paulo

Se uma reação química tiver uma variação positiva na entropia, ΔS, então:

  1. Aumenta a desordem do sistema.
  2. A reação é exotérmica.
  3. O calor vai do sistema para a vizinhança.
  4. A energia livre de Gibbs é negativa.
  5. A reação é espontânea.

Passo 1

Vamos de questãozinha teórica para fortalecer nossos conhecimentos!

A questão nos dá opções para responder sobre uma reação química com variação de entropia positiva… Bom, então vamos avaliar cada letrinha e ir por eliminação, show? Beleza!

Passo 2

Começando pela letra a, ela diz que uma entropia positiva aumenta a desordem do sistema....Se a gente relembrar lá da teoria, de cara vemos que essa opção está correta! Pois a entropia mede essa desordem, sendo ela positiva então, sim! Vai aumentar a desordem do sistema.

Mesmo já tendo descoberto a resposta, vamos seguir avaliando todas as opções, beleza?

Passo 3

A letra b, diz que a equação é exotérmica, mas isso aí a gente descobre olhando para a Entalpia, e não para a Entropia, show?

Passo 4

A letra c, afirma que o calor vai do sistema para a vizinhança, que seria a mesma coisa de dizer o que está na letra b, então já estamos ligados que isso aí é Entalpia!

Passo 5

Na letra d, o exercício diz que se a entropia é positiva a energia livre de Gibbs é negativa, e sabemos que ela depende também do sinal da entalpia. Logo, não pode ser essa aqui também!

Passo 6

Vamos para última! Na letra e, está afirmando que a reação é espontânea, mas pra saber isso precisamos olhar para a Energia livre de Gibbs, então não é verdade também.

Show! Finalizamos essa!

Resposta

Letra A.

Exercício Resolvido #3

Lista de termodinâmica - Universidade de São Paulo

Todos os seguintes processos conduzem a um aumento na entropia EXCETO:

  1. aumentar a temperatura de um gás.
  2. congelar um líquido.
  3. evaporar um líquido.
  4. formar misturas a partir de substâncias puras.
  5. reações químicas que aumentam o número de mols de gás.

Passo 1

Questão teórica para aquecer os tamborins! Vamos por eliminação, beleza? O enunciado quer que a gente diga qual dessas afirmações não conduz a um aumento da entropia. Vamos primeiro lembrar que aumentar a entropia significa aumentar a desordem do sistema, beleza?

Show! Então vamos lá!

Passo 2

Começando pela letra a, ela diz que aumentar a temperatura é uma forma de aumentar a entropia...Bom, pensando na organização das moléculas quando a gente aumenta a temperatura, aumenta também a agitação delas fazendo com que sua desordem aumente. Então essa aí está correta!

Passo 3

A letra b, diz que congelar um líquido aumenta a entropia!

Congelando a organiza e não desordena o sistema. Então essa aí tá erradíssima!

Passo 4

A letra c, afirma que evaporar um líquido aumenta a entropia. Vamos lembrar que o gás é mais desordenado que o líquido, entãoooo… Sim! Está correta!

Passo 5

Na letra d, o exercício diz que formar misturas a partir de substâncias puras conduz ao aumento da entropia, show! A nossa desordem é maior sim!

Passo 6

Vamos para última! Na letra e, está afirmando que reações químicas que aumentam o número de mols de gás aumentam a entropia, lembra que: Gás tem maior desordem! Logo tá certinho sim!

Show! Finalizamos essa!

Resposta

Letra b.

Exercício Resolvido #4

Lista de termodinâmica - Universidade de São Paulo

Qual reação deve ter uma variação negativa na entropia?

  1. 2   N H 3 → N 2 ( g ) + 3   H 2 ( g )
  2. C a O ( s ) + C O 2 ( g ) → C a C O 3 ( g )
  3. N a C l ( s ) + N a ( a q ) + → C l ( a q ) -
  4. N 2 O 4 ( g ) → 2   N O 2 ( g )
  5. 2   C ( s ) + O 2 ( g ) → 2   C O ( g )

Passo 1

Vamos lá, a questão nos dá opções para responder qual delas deve ter uma variação de entropia negativa… Bom, então vamos dar uma olhada geral nas opções que a gente consegue! Partiu!

Passo 2

A letra a, nos mostra uma reação de um reagente dando dois produtos, dessa forma já vemos que a entropia dos produtos será maior que a do reagente, então a variação será positiva, já que:

Δ S = S p r o d u t o s - S r e a g e n t e

Show!

Passo 3

Na letra b, temos o contrário da letra a, existem mais reagente que produtos, Oppa! Essa variação aí é negativa! Encontramos a resposta, mas vamos continuar avaliando...

Passo 4

A letra c aparenta ser igual a letra b, mas o seu reagente é sólido e seu produto aquoso, o que nos indica que a variação de entropia foi positiva!

Passo 5

Na letra d, nossa variação tende a zero por serem substâncias gasosas com apenas um produto e um reagente.

Passo 6

Vamos para última! Na letra e, temos como reagente substâncias puras, dando uma mistura, logo a variação de entropia desse sistema é positiva, pois aumentou a desordem.

Show! Finalizamos essa!

Resposta

Letra b.

Exercício Resolvido #5

Lista de termodinâmica - Universidade de São Paulo

Calcule a variação molar padrão da entropia para a combustão do metano.

C h 4 ( g ) + 2   O 2 ( g ) → C O 2 ( g ) + 2   H 2 O ( g )

  1. - 5,2   J / K
  2. - 1,0   J / K
  3. + 1,0   J / K
  4. + 5,2   J / K
  5. + 11,1   J / K

Passo 1

Vamos lá, a questão quer que a gente calcule a entropia… Então vamos relembrar há formulinha:

Δ S = S p r o d u t o s - S r e a g e n t e

Show! Só precisamos separar quem será nosso S p r o d u t o s e nosso S r e a g e n t e !

Passo 2

Vamos começar pelo S r e a g e n t e s , nossos reagentes são: C h 4 ( g ) e 2   O 2 ( g ) , já temos a entropia de cada uma na tabela, então tá tudo certo!

S r e a g e n t e = 186,3 +   2   .   205,1

S r e a g e n t e s = 596,5   J / K

Passo 3

Agora vamos fazer o mesmo para os produtos. Os produtos da reação são: C O 2 ( g ) e   H 2 O ( g ) , só pegar os valores lá na tabela:

S p r o d u t o s = 213,7 + 2   .   188,8

S p r o d u t o s = 591,3   J / K

Passo 4

Agora é só colocar na fórmula do passo 1, beleza?

Δ S = S p r o d u t o s - S r e a g e n t e

Δ S = 591,3 - 596,5

Δ S = - 5,2   J / K

Uhull! Conseguimos!

Resposta

Letra a.

Exercícios de Livros Relacionados

A entalpia padrão de formação de S i C l 4 ( g ) é - 662,75k J. m o l - 1 e sua entropia molar padrão é 330,86J. K - 1m o l - 1 . Calcule a temperatura na qual a redução de S i C l 4 ( g ) a S i ( s )
3.9 (b) Com as entropias das reações calculadas no Exercício 3.8b e com as entalpias das mesmas reações, calcule as energias padrões das reações a 298 K.
3.9 (a) Com as entropias das reações calculadas no Exercício 3.8ª e com as entalpias das mesmas reações, calcule as energias padrões das reações a 298 K.
3.8 (b) Calcule a entropia-padrão das seguintes reações, a 298 K: Z n s + C u 2 + a q → Z n 2 + + C u s C 12 H 22 O 11 s + 12O 2 g → 12C O 2 g + 11H 2 Ol
3.1 (a) Calcule a variação de entropia quando 25 kJ de energia, na forma de calor, se tranferem reversível e isotermicamente para um grande bloco de ferro a (a) 0°C e (b) 100°C.